2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 导学案 -2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理导学案围绕“探究小车速度随时间变化的规律”展开，引导学生掌握打点计时器使用、纸带处理及瞬时速度计算，通过实验操作连接运动学概念，为匀变速直线运动及v-t图像学习搭建支架。 资料实验流程规范，注重误差分析与数据处理细节，课堂练习结合光电计时器拓展，培养学生科学探究能力和科学思维，助力形成物理观念，提升实验技能与分析问题的能力。

实验：探究小车速度随时间变化的规律 学习目标：1.打点计时器的使用，注意事项 2.纸带的处理，求瞬时速度 3.了解匀变速直线运动 4.v-t图像中匀速直线运动匀变速直线运动的特点 一、实验目的：探究小车速度随时间变化的规律 二、实验思路 把一端带有滑轮的长木板平放在实验桌上，木板上放一个可以左右移动的小车，小车一端连接穿过打点计时器的纸带，另一端连接绕过滑轮系有槽码的细绳。小车在槽码的牵引下运动，通过研究纸带上的信息，就可以知道小车运动的速度是怎样随时间变化的。 三、实验器材： 打点计时器、一端附有定滑轮的长木板、细绳、槽码、纸带、小车 四、实验原理 1.利用纸带计算瞬时速度：以纸带上某点为中间时刻取一小段位移， 用这段位移的平均速度表示这点的瞬时速度。 2.用v－t图像表示小车的运动情况：以速度v为纵轴、时间t为横轴， 建立直角坐标系，用描点法画出小车的v－t图像，图线的倾斜程度 表示加速度的大小，如果v－t图像是一条倾斜的直线，说明小车的 速度是均匀变化的，加速度是恒定的。 五、实验步骤 1.把一端带有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面。木板上放一个可以左右移动的小车，小车一端连接穿过打点计时器 的纸带，另一端连接绕过滑轮系有槽码的细绳。 2.把小车停在靠近打点计时器的位置．先启动打点计时器，后放开小车， 让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一行小点．随后立即 关闭电源。 3.换上新纸带，并增减所挂槽码(或在小车上放置重物)，再做两次实验。 六、注意事项 1.固定打点计时器时限位孔处在长木板的中央位置并正对小车后的纸带 夹；调整滑轮使细绳与木板平行。 2.先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放小车，释放小车时，应 使小车靠近打点计时器，打点结束后立即关闭电源。 3.实验时要注意保护小车及滑轮，当小车到达滑轮前及时用手按住它，防 止小车从板上掉下来。 4.小车另一端所挂的钩码个数要适当，避免加速度过大而使纸带上打的点 太少，或加速度太小使各段位移无法区别，从而使误差增大。 5.尽量选用表面光滑的木板。 七、数据处理 1.处理纸带 舍掉纸带开头一些过于密集的点，找一个适当的点作为计时起点。一般选择每五个点（相隔四个点）为一个计数点，两个计数点间的时间间隔用T表示。若交变电源频率为50Hz，则T＝0.1s。 不要分段测量各段距离，应尽可能地一次测量完毕(可统一量出各计数点到计时起点的距离)。 （减少测量带来的偶然误差） 2.计算瞬时速度 ∆h1=h1 ∆h2=h2−h1 ∆h3=h3−h2 ∆h4=h4−h3 ∆h5=h5−h4 ∆h6=h6−h5 ∆h7=h7−h6 利用短时间内的平均速度代表瞬时速度 3.记录数据 4.画v-t图像 (1)在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度。选取合适的单位长度并根据表格中的数据在坐标系中描点，使图像大致布满坐标纸。 (2)画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计。 5.观察图像 （1）如果画出来的v-t图像是一条倾斜的直线，说明小车做匀变速直线运动。 （2）图线的延长线与纵轴的交点表示开始计时时小车的初速度。 （3）图线的延长线与横轴的交点表示计时开始一段时间后小车才开始运动。 总结：匀变速直线运动：加速度的大小和方向都不改变的直线运动 v-t图像为倾斜的直线 6.求加速度 方法1:取任意两组数据求出Δv和Δt，然后代入求解。 方法2:在v—t图象上取一段时间Δt（尽量取大一些），找出两个时刻对应的纵坐标值求出Δv，代入求解。 八、实验误差 1、电源频率不稳定导致计时误差。 2、木板粗糙程度不同，摩擦不均匀。 3、纸带上计数点间测量的距离存在误差,读数时，眼睛要正 对点和刻度尺。 4、v-t图像中，单位选择不准确或作图不准确带来误差。 九、课堂练习 1．数据分析处理 （1）瞬时速度的计算：各计数点的瞬时速度可用以该点为中间时刻的一段时间内的________来代替：。 （2）根据图像判断运动性质： 用描点法可作出小车的图像，根据图像的形状可判断小车的运动性质。 （3）加速度的计算：利用图像的________求出小车的加速度。 【答案】 平均速度 斜率 2．光电计时器是一种常用的计时仪器，其结构如图1所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有滑块从a、b间通过时，光电计时器就可以显示出物体的挡光时间。现有某滑块在斜面上滑行，先后通过光电门1和2，计时器显示的挡光时间分别为、，从光电门1到光电门2所经历的总时间为，用刻度尺测量滑块的长度d，示数如图2所示。 (1)滑块通过光电门2的速度大小为____________（用题中字母填空）； (2)滑块的平均加速度大小____________（用题中字母填空）； (3)由此测得的滑块的瞬时速度和只是一个近似值，它们实质上是滑块通过光电门1和2的____________，要使瞬时速度的测量值更接近真实值，可将滑块的宽度____________一些（选填“增大”或“减小”）。 【答案】(1) (2) (3) 平均速度 减小 【详解】（1）[1]滑块通过光电门2时，宽度为的滑块通过光电门所用时间为，该过程的平均速度近似为滑块通过光电门2的瞬时速度，故 （2）[2]由平均加速度定义，滑块从光电门1运动到光电门2的平均加速度大小为 由光电门测速原理可得， 代入得 （3）[3]光电门根据滑块宽度与挡光时间的比值测得的是滑块在挡光过程中的平均速度，因此和实质上是滑块通过光电门1和2过程的平均速度。 [4]滑块宽度越小，挡光时间越短，挡光过程中速度的变化越小，测得的平均速度越接近对应位置的瞬时速度，因此应减小滑块的宽度。 打点计时器是高中物理实验中常用的实验器材，请你完成下列有关问题： ①如图A、B是两种打点计时器的图片，其中A是____________计时器； ②电磁打点计时器使用的电源为____________，打点的时间间隔为0.02s； ③接通打点计时器电源和让纸带开始运动，这两个操作之间的时间顺序关系是____________。 A．先接通电源，后让纸带运动 B．先让纸带运动，再接通电源 C．让纸带运动的同时接通电源 D．先让纸带运动或先接通电源都可以 【答案】 电火花 8V低压交流电源 【详解】（2）[1]由图可知，B是电磁打点计时器，A是电火花计时器。 [2]电磁打点计时器使用8V低压交流电源。 [3]为了打点稳定并且有效利用纸带，在实验时应先接通电源，打点稳定后再让纸带运动。 故选A。 学科网（北京）股份有限公司 $